Microconstituyentes Fundamentales en Aleaciones Hierro-Carbono

Fases y Microconstituyentes en Aleaciones de Hierro-Carbono

A continuación, se describen las principales fases y microconstituyentes presentes en aceros y fundiciones:

Cementita (Fe₃C)

Se produce por efecto del exceso de carbono sobre el límite de solubilidad en ferrita o austenita. Si bien su composición química es Fe₃C, la estructura cristalina es del tipo ortorrómbica, compleja, con 12 átomos de hierro y 4 átomos de carbono por celda unitaria. La cementita es un compuesto muy duro y frágil.

Ferrita (Hierro α)

En metalurgia, la ferrita es una de las fases del hierro. Cristaliza en el sistema cúbico centrado en el cuerpo (BCC) y tiene propiedades magnéticas (es ferromagnética por debajo de la temperatura de Curie, 770 °C). Es blanda, dúctil y tiene baja solubilidad de carbono.

Perlita

Se denomina perlita a la microestructura eutectoide formada por capas o láminas alternas de las dos fases (ferrita α y cementita) durante el enfriamiento lento de un acero a través de la temperatura eutectoide (727 °C). Se le da este nombre porque, pulida y atacada, tiene la apariencia iridiscente de una perla al observarse microscópicamente.

Bainita

La bainita es una microestructura que consiste en una mezcla de fases de ferrita (en forma de placas o agujas) y cementita (partículas finas). En su formación intervienen procesos de difusión de carbono, pero no de hierro. Se forma a temperaturas inferiores a las de la perlita y superiores a las de inicio de la martensita (M_s), típicamente mediante enfriamiento continuo moderadamente rápido o transformación isotérmica. Está compuesta de una matriz ferrítica y de partículas alargadas de cementita. La fase que rodea las agujas puede ser martensita o austenita retenida, a menos que se realice un tratamiento isotérmico completo.

Martensita

La martensita es el nombre que recibe la fase metaestable que se forma en aleaciones ferrosas por una transformación sin difusión (transformación martensítica) de la austenita durante un enfriamiento rápido (temple). Posee una estructura cristalina tetragonal centrada en el cuerpo (BCT), que es una distorsión de la BCC de la ferrita debido al carbono atrapado en solución sólida sobresaturada. Es extremadamente dura y frágil.

Ledeburita

La ledeburita es la mezcla eutéctica de austenita y cementita que se forma en las aleaciones hierro-carbono con un contenido de carbono del 4,3% a una temperatura de 1148 °C. Por lo tanto, no es un constituyente de los aceros (que tienen <2.11% C), sino de las fundiciones. A temperatura ambiente, la austenita de la ledeburita se transforma (generalmente en perlita), resultando en una mezcla de perlita y cementita. No existe como tal a temperatura ambiente en condiciones de equilibrio o enfriamiento lento.

Austenita (Hierro γ)

La austenita es una fase del hierro, una forma alotrópica estable del hierro puro a temperaturas que oscilan entre 912 °C y 1394 °C. Consiste en una disolución sólida de carbono (u otros elementos) en hierro con estructura cúbica centrada en las caras (FCC). El porcentaje máximo de solubilidad de C en austenita es del 2,11% a 1148 °C. Es dúctil, blanda, tenaz y no magnética.

Troostita

Es un agregado muy fino de cementita y ferrita, considerado a menudo como una perlita muy fina, difícil de resolver con microscopio óptico. Se produce por un enfriamiento de la austenita con una velocidad ligeramente inferior a la crítica de temple, por transformación isotérmica de la austenita en el rango superior de formación de la bainita (aproximadamente 550 °C - 600 °C), o por revenido de la martensita a temperaturas bajas (ej. ~400 °C).

Sorbita

Es también un agregado fino de cementita y ferrita, con partículas de cementita globulares o esferoidizadas en una matriz ferrítica. Es más gruesa que la troostita pero más fina que la perlita laminar típica. Se obtiene por enfriamiento de la austenita con una velocidad de enfriamiento más lenta que para la troostita, por transformación isotérmica de la austenita a temperaturas ligeramente superiores a la troostita (aprox. 600 °C - 650 °C), o por revenido de la martensita a temperaturas más altas (ej. ~600 °C).

Definiciones Adicionales

Aleación: Es una mezcla homogénea, o una disolución sólida, compuesta principalmente por un metal al que se le han añadido otros elementos (metálicos o no metálicos) para mejorar sus propiedades físicas o mecánicas. La aleación resultante conserva el aspecto y las propiedades generales de un metal.